Biotechnologische Produktion von Plattform-Chemikalien mittels Anoden-assistierter Fermentation

Ziel dieses Vorhabens war die biotechnologische Produktion von Plattformchemikalien mittels einer Anoden-assistierten Fermentation. Eine Reihe von Plattformchemikalien sind oxidierter als typische Substrate für biotechnologische Prozesse. Ihre Herstellung bedarf daher der Zugabe eines Elektronenakzeptors. Normalerweise wird hierfür Sauerstoff benutzt. Eine Atmung mit Sauerstoff ist typischerweise mit einem hohen Energiegewinn für die mikrobiellen Biokatalysatoren verbunden. Die äußert sich in einer stark anabolen Nutzung des zugegebenen Substrats und durch eine Wärmeentstehung im Reaktor. Im hier vorgestellten Verfahren sollte alternativ die Elektrode eines bioelektrochemischen Systems als Elektronenakzeptor verwendet werden. Somit ist es möglich, oxidative Umsetzungen auch unter anoxischen Bedingungen durchzuführen. In diesem Projekt sollten ein Biokatalysator und ein Modell für einen Anoden-assistierten Prozess entwickelt werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollte ein Modellreaktor aufgebaut werden. Wir konnten molekulare Mechanismen erarbeiten, mit denen sich ein robustes Biofilmwachstum auf Anoden erreichen lässt. Mittels dieser molekularen Veränderungen konnten wir die Stromdichte um das 4fache gegenüber dem Wildtyp steigern. Durch eine Anpassung des Mediums konnten wir dann weiterhin eine 5fache Steigerung realisieren. Wir konnten ein belastbares Model der Anoden-assistierten Fermentation erarbeiten. Dieses Modell wird die Grundlage der verfahrenstechnischen Auslegung des Prozesses sein. Darüber hinaus streben wir als Ziel weiterer Arbeiten an, unsere Prozesse basierend auf künstlicher Intelligenz online automatisch optimieren zu lassen. Das entwickelte Modell wird die Grundlage für die Algorithmen sein, auf denen die künstliche Intelligenz beruhen wird. Wir konnten ein belastbares und skalierbares Reaktorkonzept entwickeln. Dieses Konzept wollen wir mit Partnern aus der Industrie für die Integration bioelektrochemischer Prozesse in den Markt nutzen.